公路隧道照明技术现状分析

1、公路隧道照明技术现状分析 摘要：本文首次分析了公路隧道环境下人们对目标物 的识别时 间与环境亮度的关系，并在模拟试验的基础上建立了相 关回归公式。隧道照明电费用已成为运营中最主要的开支， 在保障行车安全的前提下，如何降低能源消耗，成为隧道科 研设计、建设和运营单位迫切需要解决的问题。 关键词：亮度 照明 能源消耗 运营 0 引言 隧道需要照明的地方，分为三部分，即入口照明、内部 照明和出口照明，一般来说，隧道在设计施工阶段，就会考 虑到相关的照明技术，在隧道的入口处，照明的技术标准和 工程质量水平，要求相对较高。因为，隧道入口处的车辆行 驶情况复杂多变，照明的亮度，需要根据隧道的长度、汽车 速

2、度和天气情况不断进行调整，从而使得隧道亮度尽可能的 与外界自然亮度接近。按照国际照明学会（CIE ）的相关规 定，隧道入口照明可以分为阀值段和过渡段。 阀值段的设置， 主要是为了消除“黑洞”现象，这样汽车驾驶员在这个阶段 就可以有一个视觉缓冲，能够更加清楚的识别隧道口的障 碍。而过渡段照明， 就是处于隧道内部和阀值段之间的照明， 这样经过该段的过渡，可以减轻隧道亮度的迅速变化给驾驶 员造成的视觉冲击 国际照明学会给出了如下的公式： Ltrans=Lth （1.9+t） -1.4（1） 注： Lthreshold 阀值段开始段的亮度； Ltrans 过渡段的亮度； 80 Lintrior 隧道内

3、部亮度 因此，汽车驾驶员在白天驾车过程中，要注意在出隧道 时，尽量放慢速度，减少突然受到隧道口外高亮度的眩光刺 激，避免出现暂时性的视觉模糊，看不清障碍物的现象。如 果在这个过程中， 车速过快， 则驾驶员的眼睛没有缓冲时间， 因此要适当降低速度，并且隧道的过渡阶段的亮度应该为外 部照度的 1/10，一般技术标准下， 过渡段隧道的长度小于 米。而如果是双向的隧道，还需要根据出口和入口照明亮度 的不同，进行综合分析。 1 隧道“暗适应” 、“明适应”视觉原理分析 人体肉眼不仅在白天太阳光下可以清楚的观察，而且在 夜晚月光下，也可以看清物体。从眼睛的工作机理来看，锥 体细胞和体细胞之间的工作的交换、

4、瞳孔大小的变化以及视 网膜上的化学变化可以使得眼睛在晚上也能够观察到外界 物体。当视觉所处的环境，亮度发生比较明显的变化时，视 觉也会很快适应这种亮度的变化。视觉对光的感受性下降的 变化现象，就叫做光适应。人体肉眼在观察外界物体时，从 亮度较好的地方， 一下子过渡到亮度较暗的地方， 刚开始时， 会感觉到，视觉模糊，什么也看不清，但是，在经过几秒钟 之后，人的视觉又开始恢复，能够看清楚物体，这种视觉的 适应能力，叫做暗适应。另外一种情况，在人们从较暗的地 方，进入亮度好的光明地方时，例如，从电影院出来之后， 眼睛需要稍微等几秒钟，才可以看清周围的物体，这种适应 能力就是明适应。在眼睛内部，锥细胞

5、的主要职责和功能是 感受强光， 或者叫做明视觉、 昼光觉等。 眼睛在观察物体时， 在亮度不好的暗处，在光亮的刺激作用下，视网膜中的视锥 细胞就会工作，在这个过程中，工作的视锥细胞数量是由少 变多的，所以需要经过一会儿的时间缓冲，等数量够多的视 锥细胞开始工作时，就能够看清周围的事物 2 。驾驶员在行 车过程中，会经常遇见从强光突然进入暗处的情况，例如驾 车进入隧道时，就是这种情况。在这种情况下，驾驶员的圆 锥细胞突然失去作用，杆状细胞需将分解的视紫红质重新合 成，而这个合成过程需要一定的时间，一般情况下通常需要 数分钟时间。这就是人们从强光下进入暗处需要适应的原因 2 。 2 照度与色温关系

6、从现代医学角度而言，视觉是人体感知外界的一种方 式，它是人体主观感觉之一。当照度愈高时，则偏好较高的 色温；高照度、低色温与低照度、高色温的搭配，会使视觉 感官有着不同的评价，并因此提出人对色光环境的舒适区域 范围，见表 1 所示。 表 1 心里感觉与光源色温、照度的关系 因此，光源色温、照度的高低变化及组成，不但影响人 的视觉偏好， 进而影响空间的氛围。 且在不同照度的环境下， 应运用不同色温的光源，才能获得舒适的照明效果，有利于 对物体的识别。 3 照度与显色性关系 在相同照度下，显色性好的光源比显色性差的光源在感 觉上要亮。因此，采用显色指数较高的光源照明时，可以适 当降低照度标。照度降

7、低的倍数与显色指数 Ra 的关系见下 图。 平均显色指数与照度的关系 将显色指数Ra为10的光源的照度相对值取为 1。 4 隧道内危险障碍物识别分析 在这里我们从安全的角度分析隧道光照环境条件下对 危险障碍物的识别。在普通标准下高速公路隧道内部的车速 设计为 80 公里 /小时，公路线路在设计过程中，对停车视距 做了明确的规定，即 1 1 0米，按照相关标准的要求，汽车驾 驶人员可以在 1.6 米的高度，清楚的观察到前方所行驶车道 中心 10 公分大小的障碍物 3 。其视角按下式计 a=180X 60X L/ ( n X R) (2) 式中： L 物体尺寸； R观察距离； 计算其视角为3.13

8、 ，根据视力的定义，其视力要求即 为： 0 . 3 2 。在本文的分析过程中，按照相关的研究结论，在 0.1100cd/m2的背景亮度条件下，即对比度大于0.15的情 况下，驾驶员在观察物体时的视力，同背景亮度的变化呈正 比例关系 4 。其经验公式如下： VA=a+0.49LgBb ( 3) 式中：VA视力； Bb 背景亮度； a与物体有关的常数，一般取1.1。 从上面的公式可以得到，在0.1100cd/m2的背景亮度 条件下， 人们视力是 0.612.08，这个视力比驾驶员在 110m 距离内识别十厘米大小障碍物所需的视力： 0.3 要大。但是， 由于驾驶员所处的环境、角度和亮度是在不断变化

9、的，所以 其识别时间也不一样。一般按识别概率 50% 考虑，在 1 秒的 时间中， 0.3的视力， 1cd/m2 的亮度条件下，完全可以识别 对比度 0.1 以上障碍物。 20lx 照度根据亮度与照度的换算关 系(朗勃定律) ： L= p E/n (4) 式中： L 亮度； p 物体表面的漫反射系数(沥青砼路面取0.13，水 泥砼路面 0.22)； E 照度。 通过相关的计算，可以得到沥青混凝土路面的亮度为 0.82cd/m2，水泥混凝土路面的亮度为 1.4cd/m2。因此，按照 1.5cd/m2 的亮度指标，对隧道的照明进行设计，就不会产生 安全识别问题。从而可以得出这样的结论：目前隧道的照明 指标非常良好，足以满足任何情况下的照明，并且还存在一 定的照明过度的浪费现象，所以可以根据实际情况，减少一 定比例的照明设施，实现隧道照明成本的降低。 参考文献： 1 许景峰， 宗德新， 胡英奎 .天然光光纤照明系统在隧道 照明中的应用J.照明工程学报，2012(01). 2 王少飞，涂耘，张琦，李科，谢晓辉，刘琦，蔡坚健 两龙高速公路隧道照明运营状况调查分析J.照明工程学报， 2012(01) . 3 张青文，涂耘，胡英奎，翁季，陈建中，黄珂.基于生 理和心理效应的公路隧道入口段照明质量检测方法J.照明 工程学报， 2012(02) . 4 李成 .公路工程建设中混凝